Нейроны рыб отреагировали на поведение сородичей
Ученые из США выяснили, как стайные рыбы Danionella cerebrum узнают об опасности, наблюдая за поведением сородичей. Нейроны данионелл реагировали на исчезновение биологически движущихся объектов — то есть активировались, когда сосед резко уплывал или пропадал из виду. В результате наблюдатель спасался и сам, запуская цепную реакцию. Исследование опубликовано в Nature.
Животные в стаях и группах получают информацию об угрозе не только напрямую, но и через поведение соседей. Один замечает хищника, и убегает вся группа, потому что реакция передается от одной особи к другой. Это называют эффектом множества глаз (many eyes effect). И хотя на разных видах показано, какие нейроны отвечают за восприятие сородичей и коллективное поведение, нейронные основы коллективного бегства от опасности изучены не были.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего во главе с Мэтью Ловетт-Барроном (Matthew Lovett-Barron) решили изучить это на прозрачной стайной рыбке Danionella cerebrum. Рыб размещали в квадратном аквариуме, две смежные стены которого были мониторами. На них отображалось трехмерное виртуальное пространство — морское дно и темное небо. В какой-то момент в нем появлялась темная сфера, которая надвигалась на рыб, имитируя приближение хищника. Заметив это, особи, находившиеся в аквариуме поодиночке, за полсекунды ускорялись на 6,0 ± 4,6 миллиметра в секунду. А рыбы, которые размещались группой из четырех особей, увеличивали скорость на 17,3 ± 2,7 миллиметра в секунду за то же время. Кроме того, особи в группах отплывали от угрозы дальше. Плыли они при этом в разные стороны, из-за чего расстояние между ними увеличивалось. Спустя десять секунд рыбы снова собирались в стаю.
Другая серия экспериментов показала, что рыбы, которые заметили угрозу не сразу, тоже ускоряются и рассеиваются. Однако их поведение зависит от того, сколько вокруг них информированных сородичей. Если много — они начинают ускоряться раньше. А те рыбы, которые вовсе не видели угрозы, ускоряются, только если вокруг них много особей, которые увидели ее сразу. Таким образом, информация об угрозе передается от рыбе к рыбе: чем больше уплывающих сородичей видит особь, тем быстрее реагирует сама.
Затем ученые создали виртуальных рыбок, которые плавали в трехмерном пространстве и уплывали или исчезали, когда реальная рыба подплывала к экрану слишком близко. И на это виртуальное бегство данионеллы тоже реагировали побегом, отплывая от монитора на 40–84 миллиметра — тем дальше, чем больше уплывающих виртуальных рыб они видели. Но это происходило только когда виртуальные рыбки двигались естественно, чередуя рывки и скольжение и двигая хвостом. Если же виртуальные рыбы плыли линейно, а хвост был неподвижен, реальные рыбы не реагировали на их побег.
Нейроны рыб по-разному реагировали на движущиеся виртуальные объекты: сильнее всего — на приближающийся шар, имитирующий хищника, и на объекты, которые двигались, как живые рыбы, и внезапно уплывали. Классификатор, обученный на активности нейронов рыб во время разных стимулов, различал биологическое и линейное движение с точностью 72,6 процента, но не различал побег и исчезновение. То есть рыбам было все равно, уплыл сородич или исчез — их нейроны реагировали на эти события одинаково. Конкретные нейроны, реагирующие именно на исчезновение или побег, располагались в основном в оптическом тектуме (аналог верхних холмиков четверохолмия у млекопитающих) и частично — в дорсальном таламусе, переднем и заднем мозге.
Ученые пришли к выводу, что стаи данионелл рассеиваются, заметив угрозу, благодаря тому, что особи видят сородичей, которые внезапно уплывают или исчезают. Этим поведением управляет популяция нейронов, расположенных преимущественно в оптическом тектуме и таламусе: эти нейроны активируются быстрым исчезновением визуальных объектов, которые движутся, как рыбы. Подобные механизмы визуальной коммуникации, вероятно, работают и в других коллективных контекстах.
Ранее ученые обнаружили, что некоторые дикие рыбы способны узнавать дайверов по их костюмам и выделять того, кто угощает их лакомством.